VERFAHREN ZUR DETEKTION VON EINSCHLÜSSEN VON GASEN IN FLÜSSIGKEITEN SOWIE VERWENDUNG DES VERFAHRENS

Abstract

 Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion von Einschlüssen von Gasen in Flüssigkeiten, wobei die Flüssigkeit durch eine Leitung gefördert wird. Hierzu werden mehrere Messverfahren beschrieben, die einzeln oder in Kombination die Detektierung möglich machen. Es kann ein Magnetfeld unter definierten Bedingungen erzeugt werden, wobei der Leitung ein Sensor zugeordnet ist, mit dem eine die Stärke des Magnetfeldes repräsentierende Größe messbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann der Leitung in einem Messbereich ein kapazitiver Sensor zugeordnet sein derart, dass sich die Flüssigkeit im Bereich des elektrischen Feldes des kapazitiven Sensors befindet. Alternativ oder zusätzlich kann die zu untersuchende Flüssigkeit mit Licht zumindest in einem definierten Wellenlängenbereich beaufschlagt werden derart, dass das Licht aufgeteilt wird in einen ersten Teil, der ohne die zu untersuchende Flüssigkeit zu durchdringen auf einen Referenzsensor geleitet wird und in einen zweiten Teil, der die Flüssigkeit durchdringt und auf einen Messsensor geleitet wird. Das Verfahren eignet sich insbesondere zur Untersuchung von Gaseinschlüssen im Blut bei einer Dialysebehandlung.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion von Einschlüssen von Gasen in Flüssigkeiten nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1, 7 und 9 sowie eine Verwendung nach Anspruch 11.

[0002] Es bekannt, Flüssigkeit durch eine Leitung zu fördern. Dies gilt grundsätzlich für beliebige Flüssigkeiten. Ein bevorzugtes Beispiel für die Anwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist die Förderung von Blut in einer Leitung im Rahmen der Durchführung einer Dialyse-Behandlung.

[0003] Bei Flüssigkeiten im Allgemeinen ist es von Interesse, zu messen, ob Gaseinschlüsse vorhanden sind. Wenn Gaseinschlüsse vorhanden sind, ist es vorteilhaft zu wissen, um welche Gase es sich handelt und / oder wie hoch der relative Gasanteil in der Flüssigkeit ist.

[0004] Mit dem Begriff "Gas" ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung im Allgemeinen sowohl "Dampf" gemeint sowie auch "Gase". Bei "Dampf" handelt sich chemisch um denselben Stoff wie die Flüssigkeit, allerdings in der gasförmigen Phase. Bei "Gasen" handelt es sich chemisch um andere Stoffe als die Flüssigkeit, die in der gasförmigen Phase vorliegen. Ein Beispiel für "Dampf" ist Wasserdampf in der gasförmigen Phase im Verhältnis zu Wasser als Flüssigkeit. Gegenüber dem Wasser als Flüssigkeit ist beispielsweise Kohlendioxid (CO₂) ein Gas.

[0005] Im Rahmen einer Dialyse-Behandlung ist es wichtig zu detektieren, ob Gaseinschlüsse vorhanden sind. Wenn Gaseinschlüsse vorhanden sind, ist es gerade bei einer Dialysebehandlung vorteilhaft zu wissen, um welche Gase es sich handelt und / oder wie hoch der relative Gasanteil in der Flüssigkeit ist. Es lässt sich ein Grenzwert definieren, bis zu dem ein Gasanteil im Blut für den Patienten unkritisch ist. Bei einem Überschreiten des Grenzwertes kann der Gasanteil im Blut für den Patienten kritisch werden, weil das Herz des Patienten nur Blut fördern kann, wenn der Gasanteil des Blutes begrenzt ist.

[0006] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren vorzuschlagen, mit dem Einschlüsse von Gasen in Flüssigkeit detektiert werden können.

[0007] Diese Aufgabe wird nach der vorliegenden Erfindung gemäß Anspruch 1 gelöst, indem ein Magnetfeld unter definierten Bedingungen erzeugt wird, wobei der Leitung ein Sensor zugeordnet ist, mit dem eine die Stärke des Magnetfeldes repräsentierende Größe messbar ist.

[0008] Es hat sich gezeigt, dass Flüssigkeiten abhängig von ihrer Zusammensetzung einen Einfluss auf ein Magnetfeld haben, wenn die Flüssigkeiten strömen. Dazu muss die Flüssigkeit nicht unmittelbar geladene Teilchen enthalten. Das Auftreten eines derartigen Effekts lässt sich auch damit erklären, dass die Moleküle der Flüssigkeit unter Umständen eine unsymmetrische Verteilung der elektrischen Ladung (und damit eine Polarität) aufweisen. Eine weitere Erklärung kann darin bestehen, dass in der Flüssigkeit Bestandteile enthalten sind, die unmittelbar einen Einfluss auf das Magnetfeld haben. Dies gilt beispielsweise für Eisen als Bestandteil der Flüssigkeit.

[0009] Ein mit derselben Geschwindigkeit wie die Flüssigkeit strömendes Gas hat durchweg einen anderen Einfluss auf das Magnetfeld.

[0010] Daraus resultiert, dass bei einem Gaseinschluss in der Flüssigkeit ein entsprechendes Volumen der Flüssigkeit durch den Gaseinschluss "verdrängt" wird. Das bedeutet wiederum, dass sich der Einfluss der strömenden Flüssigkeit mit dem Gaseinschluss auf das Magnetfeld zusammensetzt aus dem Einfluss der Flüssigkeit auf das Magnetfeld sowie dem Einfluss des strömenden Gases auf das Magnetfeld, wobei die Einflüsse gewichtet werden abhängig von den relativen Volumenanteilen der Flüssigkeit sowie des Gases in der Flüssigkeit mit dem Gaseinschluss. Dies gilt zumindest so lange, wie keine Wechselwirkungen des Einflusses der Flüssigkeit sowie des Gases auf das Magnetfeld auftreten.

[0011] Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 2 besteht der Sensor aus zwei miteinander korrespondierenden Spulen, bei dem die erste Spule mit einem Gleichstrom beaufschlagt wird, wobei die die Stärke des Magnetfeldes repräsentierende Größe gemessen wird, indem das in der zweiten Spule induzierte Magnetfeld ausgewertet wird.

[0012] Da die fließende Flüssigkeit zu einer Änderung des Magnetfeldes führt, wird in der zweiten Spule ein sich änderndes Magnetfeld induziert. Dieses sich ändernde Magnetfeld induziert in der zweiten Spule eine Spannung, die gemessen werden kann. Über diese induzierte Spannung kann die Änderung des Magnetfeldes bewertet werden.

[0013] Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 3 besteht der Sensor aus zwei miteinander korrespondierenden Spulen, bei dem die erste Spule geregelt mit einem Gleichstrom beaufschlagt wird derart, dass das in der zweiten Spule induzierte Magnetfeld den wert "Null" annimmt, wobei die die Stärke des Magnetfeldes repräsentierende Größe aus der Stärke des Gleichstromes abgeleitet wird, mit dem die erste Spule beaufschlagt wird.

[0014] Bei dieser Ausgestaltung wird die Stellgröße, über die das Magnetfeld erzeugt wird, das ein konstantes Magnetfeld in der zweiten Spule induziert, ausgewertet. Das konstante Magnetfeld in der zweiten Spule bedingt, das das durch die erste Spule erzeugte Magnetfeld unter Beachtung des Einflusses der strömenden Flüssigkeit konstant ist. Da durch die strömende Flüssigkeit ein sich ändernder Einfluss des Magnetfeldes vorliegt, muss sich auch der Strom ändern.

[0015] Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, zur Erzeugung des Magnetfeldes Gleichstrom zu verwenden. Bei durchgeführten Versuchen zeigte sich hierbei, dass die Messgrößen charakteristische Änderungen abhängig von den Gaseinschlüssen in der Flüssigkeit zeigten, so dass diese gut ausgewertet werden können.

[0016] Bei der Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 4 werden Referenzmessungen vorgenommen, bei denen die die Stärke des Magnetfeldes repräsentierende Größe jeweils für eine Flüssigkeit bestimmt wird, die identisch ist zu der zu untersuchenden Flüssigkeit, wobei bei den Referenzmessungen definierte Mengen von Gaseinschlüssen in der Flüssigkeit vorhanden sind.

[0017] Dass die Flüssigkeit der Referenzmessung identisch ist zu der zu untersuchenden Flüssigkeit bedeutet, dass nur die Flüssigkeiten als solche übereinstimmen. Bei den Referenzmessungen wird der Flüssigkeit gezielt ein bestimmter Mengenanteil eines bestimmten Gases zugesetzt. Mit dieser Flüssigkeit mit dem gezielt zugesetzten Gasanteil wird anschließend die Referenzmessung durchgeführt.

[0018] Aus einem Vergleich der Messung der zu untersuchenden Flüssigkeit mit den Referenzmessungen lässt sich eine Aussage über die Menge des Gases in der Flüssigkeit und / oder über die Art des Gases in der Flüssigkeit treffen.

[0019] Es hat sich gezeigt, dass unter den Bedingungen der vorhergehenden Ansprüche mit der Erzeugung des Magnetfeldes mittels Gleichstrom die induzierte Spannung in der zweiten Spule linear ansteigt (bzw. fällt - abhängig von der Polung des Gleichstromes), mit zunehmendem Gasanteil. Dies gilt für alle untersuchten Gase. Als Flüssigkeit wurde mehrfach entlüftetes Wasser verwendet.

[0020] Für die unterschiedlichen Gase zeigten sich dabei unterschiedliche Steigungen der Geraden bezüglich der induzierten Spannung in Abhängig von dem relativen Gasanteil in der Flüssigkeit.

[0021] Wenn bekannt ist, welches Gas in der Flüssigkeit eingeschlossen ist, lässt sich mit der Messmethode über den Vergleich mit den Referenzmessungen der relative Anteil dieses Gases in der Flüssigkeit bestimmen.

[0022] Wenn bekannt ist, welcher relative Anteil von Gas in der Flüssigkeit enthalten ist, lässt sich mit dieser Messmethode aus einem Vergleich mit den Referenzmessungen bestimmen, um welches Gas es sich handelt. Dies gilt dann, wenn es sich um lediglich eine Gassorte handelt.

[0023] Handelt es sich um ein Gemisch von zwei oder mehr Gasen, lässt sich mit dieser Messmethode allein lediglich ein Wertebereich bestimmen, in dem die Einzelbestandteile der Gase relativ zueinander in der Flüssigkeit eingeschlossen sein können.

[0024] Bei einem Vergleich mit den Referenzmessungen bezüglich der einzelnen untersuchten Gase kann anhand des Anfangs- und / oder Endpunktes des betreffenden Spannungsbereichs eventuell bereits geschlossen werden, dass ein bestimmtes Gas nicht eingeschlossen sein kann. Dies gilt dann, wenn es sich bei dem eingeschlossenen Gas nicht um ein Gasgemisch handelt sondern um ein einziges Gas und die gemessene Spannung außerhalb des Spannungsintervalls liegt, das bei den Referenzmessungen für verschiedenen prozentuale Anteile des betreffenden Gases gemessen wurde.

[0025] Dies lässt sich anhand der Betrachtung von zwei verschiedenen Gasen in der Flüssigkeit erläutern. Die beiden Gase haben unterschiedliche lineare Abhängigkeiten hinsichtlich der Steigung der induzierten Spannung über dem jeweiligen relativen Anteil des Gases. Ein bestimmter relativer Anteil des ersten Gases führt zu derselben induzierten Spannung wie ein anderer definierter Anteil des zweiten Gases. Ebenso sind auch "Zwischenwerte" möglich, bei denen ein Gemisch aus dem ersten Gas und dem zweiten Gas vorhanden ist. Ein Gas, das bei einem bestimmten relativen Anteil in der Flüssigkeit zu einer bestimmten induzierten Spannung führt, kann "ersetzt" werden durch einen anderen definierten relativen Anteil eines anderen Gases in der Flüssigkeit, wobei das andere Gas zu derselben induzierten Spannung führt. Dabei ist es nicht zwingend notwendig, dass das erste Gas vollständig durch das zweite Gas ersetzt wird. Das erste Gas kann auch lediglich teilweise ersetzt werden, so dass ein Gemisch aus dem ersten und dem zweiten Gas vorliegt. Entsprechendes gilt auch, wenn mehr als zwei Gase in dem Gasgemisch vorhanden sind.

[0026] Dabei ist Voraussetzung, dass der Einfluss der verschiedenen Gase auf die induzierte Spannung jeweils unabhängig voneinander ist, so dass keine Wechselwirkungen auftreten.

[0027] Bei der Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 5 befindet sich die Fördergeschwindigkeit der Flüssigkeit bei den Referenzmessungen und bei der durchzuführenden Messung in einem definierten Geschwindigkeitsbereich.

[0028] Es hat sich gezeigt, dass die Fördergeschwindigkeit der Flüssigkeit einen Einfluss auf das Messergebnis hat. Deswegen ist es sinnvoll, dass dieser Parameter bei den Referenzmessungen im Verhältnis zur Messung an der zu untersuchenden Flüssigkeit übereinstimmt.

[0029] Bei der Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 6 ist die Leitung im Messbereich des Sensors horizontal angeordnet.

[0030] Dies erweist sich als vorteilhaft insofern, als die Geschwindigkeit der Flüssigkeit einen Einfluss auf das Messergebnis der Auswertung des induktiven Sensors hat. Wenn die Leitung horizontal ist, erfahren die Gaseinschlüsse in der Flüssigkeit keinen Auftrieb. Es hat sich gezeigt, dass die Gaseinschlüsse dann gleichförmig mit der Geschwindigkeit der Flüssigkeit mit gefördert werden.

[0031] Bei einer vertikal angeordneten Leitung (bzw. bei einer Anordnung, bei der die Leitung eine vertikale Komponente hat, wenn diese beispielsweise schräg angeordnet ist), erfahren die Gaseinschlüsse in Folge der Auftriebskräfte gegenüber der Flüssigkeit eine Beschleunigung. Die Gaseinschlüsse bewegen sich in einer solchen Anordnung mit einer größeren Geschwindigkeit als die Flüssigkeit. Hinzu kommt noch, dass die Gaseinschlüsse gegenüber der Flüssigkeit beschleunigt bewegt werden.

[0032] Aus diesen Gründen erweist es sich als vorteilhaft, die Leitung horizontal anzuordnen im Messbereich, so dass die Gaseinschlüsse möglichst homogen mit der Flüssigkeit mitbewegt werden.

[0033] Anspruch 7 betrifft ein Verfahren zur Detektion von Einschlüssen von Gasen in Flüssigkeiten. Gemäß Anspruch 7 ist der Leitung in einem Messbereich ein kapazitiver Sensor zugeordnet derart, dass sich die Flüssigkeit im Bereich des elektrischen Feldes des kapazitiven Sensors befindet.

[0034] Es hat sich gezeigt, dass die Flüssigkeit als Dielektrikum des kapazitiven Sensors betrachtet werden kann, wobei die Dielektrizität der Flüssigkeit von eventuellen Gaseinschlüssen abhängt.

[0035] Bei durchgeführten Versuchen zeigte sich wiederum ein linearer Zusammenhang der Kapazität mit zunehmendem Anteil des Gases in der Flüssigkeit.

[0036] Dabei zeigte sich auch, dass sich für denselben relativen Anteil eines Gases für unterschiedliche Gassorten unterschiedliche Kapazitäten ergeben.

[0037] Auch bei der Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 7 können Referenzmessungen vorgenommen werden, bei denen die sich ergebende Kapazität jeweils für eine Flüssigkeit bestimmt wird, die identisch ist zu der zu untersuchenden Flüssigkeit, wobei bei den Referenzmessungen definierte Mengen von Gaseinschlüssen in der Flüssigkeit vorhanden sind.

[0038] Dass die Flüssigkeit der Referenzmessung identisch ist zu der zu untersuchenden Flüssigkeit bedeutet auch hier, dass nur die Flüssigkeiten als solche übereinstimmen. Bei den Referenzmessungen wird der Flüssigkeit gezielt ein bestimmter Mengenanteil eines bestimmten Gases zugesetzt. Mit dieser Flüssigkeit mit dem gezielt zugesetzten Gasanteil wird anschließend die Referenzmessung durchgeführt.

[0039] Aus einem Vergleich der Messung der zu untersuchenden Flüssigkeit mit den Referenzmessungen lässt sich eine Aussage über die Menge des Gases in der Flüssigkeit und / oder über die Art des Gases in der Flüssigkeit treffen.

[0040] Wenn bekannt ist, welches Gas in der Flüssigkeit eingeschlossen ist, lässt sich mit der kapazitiven Messmethode über den Vergleich mit den Referenzmessungen eine Aussage über den relativen Anteil dieses Gases in der Flüssigkeit treffen.

[0041] Wenn bekannt ist, welcher relative Anteil von Gas in der Flüssigkeit enthalten ist, lässt sich mit dieser Messmethode aus einem Vergleich mit den Referenzmessungen eine Aussage treffen, um welches Gas es sich handelt. Dies gilt dann, wenn es sich um lediglich eine Gassorte handelt.

[0042] Bei einem Vergleich mit den Referenzmessungen bezüglich der einzelnen untersuchten Gase kann anhand der gemessenen Kapazitäten für die einzelnen Gassorten eventuell bereits geschlossen werden, dass ein bestimmtes Gas nicht eingeschlossen sein kann. Dies gilt dann, wenn es sich bei dem eingeschlossenen Gas nicht um ein Gasgemisch handelt sondern um ein einziges Gas und die gemessene Kapazität außerhalb des Wertebereichs der Kapazitäten liegt, innerhalb dem bei den Referenzmessungen für verschiedenen prozentuale Anteile des betreffenden Gases Kapazitäten gemessen wurden.

[0043] Handelt es sich um ein Gemisch von zwei oder mehr Gasen, lässt sich mit dieser Messmethode allein lediglich ein Wertebereich bestimmen, in dem die Einzelbestandteile der Gase relativ zueinander in der Flüssigkeit eingeschlossen sein können.

[0044] Dies lässt sich anhand der Betrachtung von zwei verschiedenen Gasen in der Flüssigkeit erläutern. Die beiden Gase haben unterschiedliche lineare Abhängigkeiten hinsichtlich der Änderung der Kapazität über dem jeweiligen relativen Anteil des Gases. Ein bestimmter relativer Anteil des ersten Gases führt zu derselben Änderung der Kapazität wie ein anderer definierter Anteil des zweiten Gases. Ebenso sind auch "Zwischenwerte" möglich, bei denen ein Gemisch aus dem ersten Gas und dem zweiten Gas vorhanden ist. Ein Gas, das bei einem bestimmten relativen Anteil in der Flüssigkeit zu einer bestimmten Änderung der Kapazität führt, kann "ersetzt" werden durch einen anderen definierten relativen Anteil eines anderen Gases in der Flüssigkeit, wobei das andere Gas zu derselben Änderung der Kapazität führt. Dabei ist es nicht zwingend notwendig, dass das erste Gas vollständig durch das zweite Gas ersetzt wird. Das erste Gas kann auch lediglich teilweise ersetzt werden, so dass ein Gemisch aus dem ersten und dem zweiten Gas vorliegt. Entsprechendes gilt auch, wenn mehr als zwei Gase in dem Gasgemisch vorhanden sind.

[0045] Dabei ist Voraussetzung, dass der Einfluss der verschiedenen Gase auf die Änderung der Kapazität jeweils unabhängig voneinander ist, so dass keine Wechselwirkungen auftreten.

[0046] Bei der Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 8 wird die Kapazität des kapazitiven Sensors aus dem zeitlichen Verhalten der Änderung des Stromes und / oder der Spannung bei der Aufladung und / oder der Entladung der Kapazität bestimmt.

[0047] Hierbei handelt es sich um ein vergleichsweise gut umsetzbares Messverfahren, bei dem die Zeitdauer zwischen sich ergebenden Schwellwerten des Stromes und / oder der Spannung ausgewertet werden können.

[0048] Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 9 wird bei einem Verfahren zur Detektion von Einschlüssen von Gasen in Flüssigkeiten die Flüssigkeit durch eine Leitung gefördert. Die Leitung ist zumindest in einem Messbereich lichtdurchlässig. Gemäß Anspruch 9 wird die Absorption und / oder Streuung des Lichtes ausgewertet, das auf die Leitung gerichtet ist.

[0049] Es hat sich gezeigt, dass die Flüssigkeit abhängig von Einschlüssen von Gasen ein unterschiedliches Verhalten zeigt hinsichtlich der Absorption und / oder Streuung von Licht. Die Absorption und / oder Streuung hängt dabei von der Gassorte ab, von deren relativer Konzentration in der Flüssigkeit sowie auch von der Wellenlänge des Lichtes. Durch die Projektion von Licht, das Bestandteile mit mehreren Wellenlängen aufweist, lassen sich somit mehrere voneinander unabhängige Messungen durchführen, so dass damit mehrere der Parameter bestimmt werden können (Bestimmung unterschiedlicher Gassorten sowie Bestimmung der relativen Anteile der Gassorten in der Flüssigkeit).

[0050] Gemäß Anspruch 10 wird die zu untersuchende Flüssigkeit mit Licht zumindest in einem definierten Wellenlängenbereich beaufschlagt derart, dass das Licht aufgeteilt wird in einen ersten Teil, der ohne die zu untersuchende Flüssigkeit zu durchdringen auf einen Referenzsensor geleitet wird und in einen zweiten Teil, der die Flüssigkeit durchdringt und auf einen Messsensor geleitet wird.

[0051] Gerade bei der Verwendung von Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen erweist es sich als vorteilhaft, dass die verschiedenen Gase für das Licht abhängig von der jeweiligen Wellenlänge eine unterschiedliche Absorption bzw. Streuung aufweisen. Damit lassen sich aus einer wellenlängenabhängigen Auswertung Aussagen darüber treffen, welche Gassorten ggf. in der Flüssigkeit vorhanden sind.

[0052] Auch bei der Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 10 können Referenzmessungen vorgenommen werden, bei denen die sich ergebenden Differenzen der Signale des Referenzsensors zu den Signalen des Messsensors jeweils für eine Flüssigkeit bestimmt wird, die identisch ist zu der zu untersuchenden Flüssigkeit, wobei bei den Referenzmessungen definierte Mengen von Gaseinschlüssen in der Flüssigkeit vorhanden sind.

[0053] Dass die Flüssigkeit der Referenzmessung identisch ist zu der zu untersuchenden Flüssigkeit bedeutet auch hier, dass nur die Flüssigkeiten als solche übereinstimmen. Bei den Referenzmessungen wird der Flüssigkeit gezielt ein bestimmter Mengenanteil eines bestimmten Gases zugesetzt. Mit dieser Flüssigkeit mit dem gezielt zugesetzten Gasanteil wird anschließend die Referenzmessung durchgeführt.

[0054] Aus einem Vergleich der Messung der Differenz(en) der Signale des Messsensors zu den Signal(en) des Referenzsensors für die zu untersuchende Flüssigkeit mit den entsprechenden Differenzen der Signale des Messsensors zu den Signalen des Referenzsensors für die Referenzmessungen lässt sich eine Aussage über die Menge des Gases in der Flüssigkeit und / oder über die Art des Gases in der Flüssigkeit treffen.

[0055] Durch die Auswertung der Absorption und / oder Streuung des Lichtes bei unterschiedlichen Wellenlängen lässt sich eine Aussage über den relativen Anteil dieses Gases in der Flüssigkeit treffen und / oder eine Aussage darüber, welches Gas in der Flüssigkeit enthalten ist.

[0056] Handelt es sich um ein Gemisch von zwei oder mehr Gasen, lässt sich mit dieser Messmethode zumindest ein Wertebereich bestimmen, in dem die Einzelbestandteile der Gase relativ zueinander in der Flüssigkeit eingeschlossen sein können. Abhängig von den ermittelten Ergebnissen bei einer Referenzmessung können sich auch für unterschiedliche Wellenlängenbereiche des Lichtes Messwerte derart ergeben, dass auch die Einzelbestandteile von Gasen in einem Gasgemisch eindeutig erkannt werden können. Bei den durchgeführten Versuchen mit destilliertem und mehrfach entlüftetem Wasser zeigten sich für verschiedene Gassorten (CO2, o2, medizinischer Sauerstoff) deutliche Unterschiede bei Wellenlängen in den Bereichen um 400 nm, um 500 nm, um 680 nm, so dass die Gassorten als solche sowie auch hinsichtlich der vorhandenen Menge detektiert werden konnten.

[0057] Dies lässt sich anhand der Betrachtung von zwei verschiedenen Gasen in der Flüssigkeit erläutern. Die beiden Gase haben unterschiedlichen Einfluss auf die Absorption und / oder Streuung des Lichtes. Die Absorption und / oder Streuung hängt weiterhin von dem jeweiligen relativen Anteil des Gases ab. Ein bestimmter relativer Anteil des ersten Gases führt zu derselben Änderung der Absorption und / oder Streuung des Lichtes wie ein anderer definierter Anteil des zweiten Gases. Ebenso sind auch "Zwischenwerte" möglich, bei denen ein Gemisch aus dem ersten Gas und dem zweiten Gas vorhanden ist. Ein Gas, das bei einem bestimmten relativen Anteil in der Flüssigkeit zu einer bestimmten Absorption und / oder Streuung des Lichtes in einem bestimmten Wellenlängenbereich des Lichtes führt, kann "ersetzt" werden durch einen anderen definierten relativen Anteil eines anderen Gases in der Flüssigkeit, wobei das andere Gas zu derselben Änderung der Absorption und / oder Streuung des Lichtes in diesem Wellenlängenbereich führt. Bei den anderen Messverfahren (induktives Messverfahren, kapazitives Messverfahren), bei denen die Änderung der gemessenen Größe mit dem jeweiligen relativen Anteil des Gases eine lineare Abhängigkeit zeigte war die Menge des anderen Gases konstant, die eine bestimmte Menge des ersten Gases ersetzt hat und dabei dieselbe Auswirkung auf die Messgröße hatte. Bei der optischen Methode ist dieses Verhältnis unterschiedlich für die einzelnen Wellenlängenbereiche. Dabei ist es nicht zwingend notwendig, dass das erste Gas vollständig durch das zweite Gas ersetzt wird. Das erste Gas kann auch lediglich teilweise ersetzt werden, so dass ein Gemisch aus dem ersten und dem zweiten Gas vorliegt. Entsprechendes gilt auch, wenn mehr als zwei Gase in dem Gasgemisch vorhanden sind.

[0058] Dabei ist Voraussetzung, dass der Einfluss der verschiedenen Gase auf die Änderung der Absorption / Streuung jeweils unabhängig voneinander ist, so dass keine Wechselwirkungen auftreten.

[0059] Durch eine Auswertung unterschiedlicher Wellenlängenbereiche lässt sich eingrenzen, um welche Gase mit welchen relativen Anteilen in der Flüssigkeit es sich handelt.

[0060] Anspruch 11 betrifft die Verwendung eines oder mehrerer der Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10 zur Untersuchung von Gaseinschlüssen im Blut bei einer Dialysebehandlung.

[0061] Es hat sich dabei gezeigt, dass sowohl hinsichtlich der Detektion der Größe von Gasblasen als auch hinsichtlich der Auswertung, um welche Art von Gasen es sich handelt, eine Kombination des kapazitiven Messverfahrens mit dem optischen Messverfahren geeignet ist.

[0062] Das Blut hat unterschiedliche Zusammensetzungen, die sich auch auf die beschriebenen Messmethoden auswirken können. Diese unterschiedlichen Zusammensetzungen können beispielsweise abhängen von der aktuellen körperlichen oder psychischen Belastung sein oder auch abhängig davon, zu welcher Zeit vor der Untersuchung der Patient eventuell noch eine Mahlzeit zu sich genommen hat und woraus diese Mahlzeit bestand.

[0063] Es kann sinnvoll sein, diese unterschiedlichen Situationen zu berücksichtigen, indem zu den verschiedenen Bedingungen jeweils Referenzmessungen vorgenommen werden, so dass dann bei einer durchzuführenden Untersuchung eine Referenzmessung als Vergleich herangezogen werden kann.

[0064] Als eine sinnvolle Sensor-Kombination hat sich eine Kombination des kapazitiven Verfahrens zur Klassifizierung der betrachteten Gasmedien im Detektionsvolumen und das optische Verfahren als Detektionsmöglichkeit im Hinblick auf Mikroblasen gezeigt.

[0065] Diese Messverfahren können weiterhin kombiniert werden mit der Sonographie. Die Detektion von Gaseinschlüssen mittels akustischer Methoden ist dadurch bedingt, dass Gas den Schall sehr schlecht (gegenüber einer Flüssigkeit) leitet. An den Übergangsstellen Medium-Gas-Medium setzen Reflexionen des Schalls bis hin zu Streuungen ein.

[0066] Die bekannten Messverfahren zur Erfassung des Blutdruckes sind durchweg berührungsbehaftete Verfahren. Schonender für den Patienten ist jedoch die Erfassung mittels eines berührungslosen Verfahrens. Dies kann beispielsweise auch ein Verfahren sein, das sich der beschriebenen kapazitiven und / oder induktiven Effekte bedient.

[0067] Derzeit erfolgt die Erfassung des pH-Wertes von menschlichem Blut ebenfalls noch nicht berührungslos, sondern mittels einer Messsonde im Rahmen eines chemischen Verfahrens. Auch hierbei besteht die Möglichkeit, den pH-Wert des Blutes über einen weiteren gekoppelten Effekt (nicht nur mittels Temperaturerfassung nach Widerstandsänderung) berührungslos zu erfassen. Dabei ist es sehr hilfreich, dass der CO₂-Spiegel im Blut abhängig ist vom pH-Wert und umgekehrt. Eine entsprechende Beziehung ergibt sich über die O₂-Aufnahmefähigkeit des Blutes (besser Hämoglobin), denn mit steigendem pH-Wert erhöht sich auch die O₂ - Aufnahmefähigkeit des Hämoglobins. Wird der O₂-Gehalt im Blut berührungsfrei festgestellt, so kann damit auch eine Aussage über den Kohlenstoffdioxidanteil und somit auch über den aktuellen pH-Wert getroffen werden. Hierzu kann die Kapnometrie einen wesentlichen Beitrag leisten. Im Rahmen der Messverfahren in der Rheologie kann über die Fließgeschwindigkeit des Blutes sowohl eine Aussage über die aktuelle Zusammensetzung (Eigenschaften der Bestandteile des Blutes) als auch über die Effektivität des O₂-Transportes im Hinblick auf die Mikrozirkulation (Versorgung mit O₂ bis in die kleinsten Kapillaren), getroffen werden.

[0068] Aber nicht nur in der Medizintechnik können die erhaltenen Forschungsergebnisse Anwendung finden. In den durchgeführten Versuchen mithilfe der betrachteten Verfahren können die einzelnen Medien beliebig ausgetauscht und für viele weitere Anwendungsfalle, bei denen Gaseinschlüsse unerwünscht sind, messtechnisch genutzt werden.

[0069] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt dabei:

Fig. 1:

Darstellung der induzierten Spannung über den relativen Gasanteil für Umgebungsluft,

Fig. 2:

Darstellung der induzierten Spannung über den relativen Gasanteil für Sauerstoff,

Fig. 3:

Darstellung der induzierten Spannung über den relativen Gasanteil für CO₂,

Fig. 4:

Eine Prinzipdarstellung der Anordnung für eine kapazitive Messung,

Fig. 5:

Darstellung der Kapazität über dem relativen Gasanteil für O₂,

Fig. 6:

Darstellung der Kapazität über dem relativen Gasanteil für CO₂,

Fig. 7:

eine Messanordnung für ein optisches Verfahren ,

Fig. 8:

Messsignale für ein optisches Verfahren für Wasser und für Umgebungsluft,

Fig. 9:

Messsignale für ein optisches Verfahren für Wasser und für medizinischen Sauerstoff,

Fig. 10:

Messsignale für ein optisches Verfahren für Wasser und für CO₂.

[0070] Figur 1 zeigt die induzierte Spannung bei ineinander geschachtelten Spulen, die die Leitung umschließen, in der die Flüssigkeit fließt. Es sind zwei Geraden dargestellt, die für zwei unterschiedliche Spulensysteme 101 und 102 aufgenommen wurden.

[0071] Aufgetragen ist die induzierte Spannung in mV über dem relativen Anteil von Umgebungsluft in der Flüssigkeit (destilliertes Wasser, mehrfach entlüftet) in Prozent. Der Gasanteil wurde der Flüssigkeit jeweils gezielt zugegeben.

[0072] Figur 2 zeigt die induzierte Spannung bei ineinander geschachteten Spulen, die die Leitung umschließen, für O₂.

[0073] Aufgetragen ist die induzierte Spannung in mV über dem relativen Anteil von Sauerstoff in der Flüssigkeit (destilliertes Wasser, mehrfach entlüftet) in Prozent. Der Sauerstoffanteil wurde der Flüssigkeit jeweils gezielt zugegeben.

[0074] Es sind wieder die Geraden für die beiden Spulensysteme 101 und 102 dargestellt.

[0075] Figur 3 zeigt die induzierte Spannung bei ineinander geschachteten Spulen, die die Leitung umschließen, für CO₂.

[0076] Aufgetragen ist die induzierte Spannung in mV über dem relativen Anteil von Kohlendioxid in der Flüssigkeit (destilliertes Wasser, mehrfach entlüftet) in Prozent. Der Anteil des CO₂ wurde der Flüssigkeit jeweils gezielt zugegeben.

[0077] Es sind wieder die Geraden für die beiden Spulensysteme 101 und 102 dargestellt.

[0078] Bei den Figuren 1 bis 3 wurde die Messung jeweils mit Gleichstrom durchgeführt.

[0079] Die fallende Gerade der Figur 1 im Verhältnis zu den steigenden Geraden bei den Figuren 2 und 3 erklärt sich aus den unterschiedlichen Polungsrichtungen des Gleichstroms.

[0080] Die Figur 4 zeigt eine Prinzipdarstellung des Kondensators. Die Bezugsziffer 3 zeigt die innere Öffnung der Leitung, in der die Flüssigkeit fließt (in der Zeichnungsebene senkrecht nach oben bzw. unten. Die Leitung wird durch ein Rohr gebildet, dessen Wand mit der Bezugsziffer 2 gekennzeichnet ist. Diese Wand kann aus Glas bestehen oder auch aus einem PE-Schlauch.

[0081] Zur elektrischen Isolierung der beiden Kondensatorplatten 4 und 5 ist auf die Leitung noch eine Teflonschicht 1 aufgebracht.

[0082] Figur 4 zeigt einen Querschnitt durch die Leitung in Längsrichtung. Die Leitung ist zylinderförmig und die Teflonschicht sowie die Kondensatorplatten umgeben die Leitung.

[0083] Die Figur 5 zeigt die gemessene Kapazität in nF, aufgetragen über dem relativen Anteil von O₂ in der Flüssigkeit.

[0084] Es wurden wieder zwei Kapazitäten 501 und 502 vermessen, zu denen jeweils die sich ergebende Gerade in dem Diagramm eingetragen ist.

[0085] Die Figur 6 zeigt die gemessene Kapazität in nF, aufgetragen über dem relativen Anteil von CO₂ in der Flüssigkeit.

[0086] Es wurden wieder zwei Kapazitäten 501 und 502 vermessen, zu denen jeweils die sich ergebende Gerade in dem Diagramm eingetragen ist.

[0087] Ergänzend und vergleichbar zu den Diagrammen der Figuren 5 und 6 können entsprechende Diagramme für weitere Gase erstellt werden.

[0088] Die Figur 7 zeigt eine Anordnung für ein optisches Messverfahren. Von der Leuchtdiode 701 wird Licht ausgesendet. Dieses Licht kann weitgehend monochromatisch sein oder auch Bestandteile unterschiedlicher Wellenlängenbereich aufweisen (ggf. auch Licht über den gesamten Bereich des sichtbaren Spektrums).

[0089] Das Licht von der Leuchtdiode 701 trifft auf einen Strahlteiler 702. Dort wird das Licht in einen Bestandteil aufgeteilt, der ohne durch die zu untersuchende Flüssigkeit geleitet zu werden direkt auf einen Referenzsensor 703 geleitet wird. Der andere Bestandteil des Lichtes wird durch die zu untersuchende Flüssigkeit geleitet. Dazu kann das Licht eine entsprechende Leitung 704, in der die Flüssigkeit strömt, quer zur Längsrichtung der Leitung durchdringen. Dieses Licht trifft dann auf einen Messsensor 705 auf. Durch einen Vergleich der Signale des Referenzsensors 703 zu dem Messsensor 705 lässt sich die Absorption und / oder Streuung des Lichtes erfassen.

[0090] Die Figur 8 zeigt Spannungsverläufe aufgetragen über verschiedenen Wellenlängen des Lichtes zum einen für Wasser (destilliert, mehrfach entlüftet) sowie für Umgebungsluft.

[0091] Die Kurven wurden mit einer Messanordnung nach Figur 7 aufgenommen. Die Kurve 801 entspricht der Referenzdetektorspannung an dem Referenzsensor 703. Die Kurve 802 entspricht dem Spannungsverlauf an dem Messsensor 705, wenn die Leitung 704 mit Wasser (destilliert, mehrfach entlüftet) durchströmt wird. Die Kurve 803 entspricht dem Spannungsverlauf an dem Messsensor 705, wenn die Leitung 704 mit Umgebungsluft durchströmt wird.

[0092] Die Kurve 804 entspricht der Differenz, die aus dem Spannungsverlauf an dem Messsensor 705 zum Spannungsverlauf an dem Referenzsensor 703 gebildet wird, wenn die Leitung 704 mit Wasser durchströmt wird.

[0093] Die Kurve 805 entspricht der Differenz, die aus dem Spannungsverlauf an dem Messsensor 705 zum Spannungsverlauf an dem Referenzsensor 703 gebildet wird, wenn die Leitung 704 mit Umgebungsluft durchströmt wird.

[0094] Die Figur 9 zeigt die Darstellung von Spannungsverläufen von Wasser sowie von medizinischem Sauerstoff, aufgetragen über der Wellenlänge des Lichtes.

[0095] Die Kurven wurden mit einer Messanordnung nach Figur 7 aufgenommen. Die Kurve 901 entspricht der Referenzdetektorspannung an dem Referenzsensor 703. Die Kurve 902 entspricht dem Spannungsverlauf an dem Messsensor 705, wenn die Leitung 704 mit Wasser (destilliert, mehrfach entlüftet) durchströmt wird. Die Kurve 903 entspricht dem Spannungsverlauf an dem Messsensor 705, wenn die Leitung 704 mit Umgebungsluft durchströmt wird.

[0096] Die Kurve 904 entspricht der Differenz, die aus dem Spannungsverlauf an dem Messsensor 705 zum Spannungsverlauf an dem Referenzsensor 703 gebildet wird, wenn die Leitung 704 mit Wasser durchströmt wird.

[0097] Die Kurve 905 entspricht der Differenz, die aus dem Spannungsverlauf an dem Messsensor 705 zum Spannungsverlauf an dem Referenzsensor 703 gebildet wird, wenn die Leitung 704 mit medizinischem Sauerstoff durchströmt wird.

[0098] Die Figur 10 zeigt die Darstellung von Spannungsverläufen von Wasser sowie von CO₂, aufgetragen über der Wellenlänge des Lichtes.

[0099] Die Kurven wurden mit einer Messanordnung nach Figur 7 aufgenommen. Die Kurve 1001 entspricht der Referenzdetektorspannung an dem Referenzsensor 703. Die Kurve 1002 entspricht dem Spannungsverlauf an dem Messsensor 705, wenn die Leitung 704 mit Wasser (destilliert, mehrfach entlüftet) durchströmt wird. Die Kurve 1003 entspricht dem Spannungsverlauf an dem Messsensor 705, wenn die Leitung 704 mit Umgebungsluft durchströmt wird.

[0100] Die Kurve 1004 entspricht der Differenz, die aus dem Spannungsverlauf an dem Messsensor 705 zum Spannungsverlauf an dem Referenzsensor 703 gebildet wird, wenn die Leitung 704 mit Wasser durchströmt wird.

[0101] Die Kurve 1005 entspricht der Differenz, die aus dem Spannungsverlauf an dem Messsensor 705 zum Spannungsverlauf an dem Referenzsensor 703 gebildet wird, wenn die Leitung 704 mit CO₂ durchströmt wird.

[0102] Um eine ausreichende Zahl von Referenzmessungen zur Verfügung zu haben, müssen die Figuren 8 bis 10 noch für verschiedene relative Anteile der jeweiligen Gase in der Flüssigkeit parametriert werden. Durch Interpolation lassen sich dann aus den Referenzmessungen Vergleiche zu realen Messungen ziehen.

[0103] Bei den Figuren 8 bis 10 ergeben sich entsprechend deutliche Unterschiede in den Differenzspannungen für Umgebungsluft, Sauerstoff und CO₂ bei den Wellenlängen 400 nm, 500 nm und 680 nm.

Ansprüche

1. Verfahren zur Detektion von Einschlüssen von Gasen in Flüssigkeiten, wobei die Flüssigkeit durch eine Leitung gefördert wird,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Magnetfeld unter definierten Bedingungen erzeugt wird, wobei der Leitung ein Sensor zugeordnet ist, mit dem eine die Stärke des Magnetfeldes repräsentierende Größe messbar ist (101, 102).

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor aus zwei miteinander korrespondierenden Spulen besteht, bei dem die erste Spule mit einem Gleichstrom beaufschlagt wird, wobei die die Stärke des Magnetfeldes repräsentierende Größe gemessen wird, indem das in der zweiten Spule induzierte Magnetfeld ausgewertet wird (101, 102).

3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor aus zwei miteinander korrespondierenden Spulen besteht, bei dem die erste Spule geregelt mit einem Gleichstrom beaufschlagt wird derart, dass das in der zweiten Spule induzierte Magnetfeld den wert "Null" annimmt, wobei die die Stärke des Magnetfeldes repräsentierende Größe aus der Stärke des Gleichstromes abgeleitet wird, mit dem die erste Spule beaufschlagt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass Referenzmessungen vorgenommen werden, bei denen die die Stärke des Magnetfeldes repräsentierende Größe jeweils für eine Flüssigkeit bestimmt wird, die identisch ist zu der zu untersuchenden Flüssigkeit, wobei bei den Referenzmessungen definierte Mengen von Gaseinschlüssen in der Flüssigkeit vorhanden sind.

5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die sich die Fördergeschwindigkeit der Flüssigkeit bei den Referenzmessungen und bei der durchzuführenden Messung in einem definierten Geschwindigkeitsbereich befindet.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung im Messbereich des Sensors horizontal angeordnet ist.

7. Verfahren zur Detektion von Einschlüssen von Gasen in Flüssigkeiten,
dadurch gekennzeichnet, dass der Leitung in einem Messbereich ein kapazitiver Sensor (4, 5) zugeordnet ist derart, dass sich die Flüssigkeit (3) im Bereich des elektrischen Feldes des kapazitiven Sensors (4, 5) befindet.

8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität des kapazitiven Sensors aus dem zeitlichen Verhalten der Änderung des Stromes und / oder der Spannung bei der Aufladung und / oder der Entladung der Kapazität bestimmt wird (501, 502).

9. Verfahren zur Detektion von Einschlüssen von Gasen in Flüssigkeiten, wobei die Flüssigkeit durch eine Leitung (704) gefördert wird, wobei die Leitung (704) zumindest in einem Messbereich lichtdurchlässig ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Absorption und / oder Streuung des Lichtes ausgewertet wird, das auf die Leitung (704) gerichtet ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die zu untersuchende Flüssigkeit mit Licht zumindest in einem definierten Wellenlängenbereich beaufschlagt wird (701) derart, dass das Licht aufgeteilt wird (702) in einen ersten Teil, der ohne die zu untersuchende Flüssigkeit zu durchdringen auf einen Referenzsensor (703) geleitet wird und in einen zweiten Teil, der die Flüssigkeit durchdringt und auf einen Messsensor (705) geleitet wird.

11. Verwendung eines oder mehrerer der Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10 zur Untersuchung von Gaseinschlüssen im Blut bei einer Dialysebehandlung.

Zeichnung